运放组成的V/I和I/V变换电路TOP6设计详解

　　对交流电的电压和频率进行转变的电路。按其对电能变换的功能，可分为交流调压电路和变频电路。前者不改变交流电的频率，只改变其电压。按一定规律控制交流调压电路开关的通断，即可控制输出负载电压。交流调压电路的控制方式有周波控制、相位控制和斩波控制等3种方式。周波控制调压适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。其缺点是在负载容量很大时，开关的通断引起对电网的冲击，从而引起电网电压闪变。相位控制调压适用于电动机速度控制或电热控制。其主要缺点是输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使它产生脉动转矩和附加谐波损耗，还会引起电源电压畸变。为此，须在电源侧和负载侧分别加滤波网络。斩波调压电路输出电压质量较高，对电源影响也较小，主要缺点是元器件成本较高。

　　1、 0-5V/0-10mA的V/I变换电路

　　图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0-5V的直流电压信号线性地转换成0-10mA的电流信号，A1是比较器。A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管 T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。输出电流IL的大小可通过下式计算：IL=Vf/（Rw+R7），由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL=Vi/（Rw+R7），当Rw+R7取值为500Ω时，可实现0-5V/0-10mA的V/I转换。

　　2、 0-10V/0-10mA的V/I变换电路

　　图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端 Vp与Vn，反馈电压Vf=V1-V2，对于运放A1，有VN=Vp;Vp=V1/（R2+R3）×R2，VN=V2+（Vi-V2）×R4 /（R1+R4），所以V1/（R2+R3）×R2=V2+（Vi-V2）×R4/（R1+R4），依据Vf=V1-V2及上式可推导出：

　　若式中R1=R2=100kΩ，R1=R4=20kΩ，则有：Vf×R1=Vi×R4，得出：Vf=R4/R1×Vi=1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL=Vf/Rf=Vi/5Rf，由此可以看出。当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关。显然，当Rf=200Ω时，此电路能实现0-10v/0-10mA的V/I变换。

电路信号处理运算运放变换电路图

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